CN117040963B - 一种分布式io主从快速通讯的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分布式IO主从快速通讯的方法和系统，其特征在于，包括：获取用户发出的对从机进行处理的指令；所述对从机进行处理包括信息查询和/或设置工作；基于所述指令和交互协议，生成交互指令，并将所述交互指令发送到队列池；主机从所述队列池读取所述交互指令，并基于所述交互指令完成对所述从机的处理；精简化协议内容，在写协议层实现高效交互，使得用户可以不需要了解主从之间的通讯协议，提高了通讯效率。
Description
技术领域
本发明涉及硬件设备通讯技术领域，具体而言，涉及一种分布式IO主从快速通讯的方法和系统。
背景技术
拼接式IO，又名卡片式IO，本身是作为现在的工业现场控制器PLC（ProgrammableLogic Controller，简称PLC）的替代品，实现相同的现场IO管理与控制功能，而主从之间的通信，是分布式IO的核心，可以理解为是主从之间快速高效的交互方式，让主机与从机真正变成了一个整体。因为就以往的控制逻辑而言，其本质上都是通过modbus指令对PLC的外设进行控制（DI/DO/AI/AO等），如果要需要控制的IO非常多，就需要接多个PLC设备，在一条RS485总线上通过modbus指令控制不同地址的设备，这样做对于用户而言，他需要去记住不同的PLC设备分别进行了哪部分控制，这样就不方便管理，因为数量繁多的设备一旦控制过程中出了什么差错或者设置的控制地址错误，都比较难去排查问题。即， PLC这样的单控制总线工作方式，用户需要自己去区分不同地址的设备进行了哪一些功能，不能将多个PLC设备视为一个整体，并且其无法进行低成本且高效的IO拓展，同时如果想要通过以太网，或者4G，WIFI版本的网络通信版本的PLC，往往需要购买比较昂贵的带有网络通信功能的型号，或者购买昂贵的PLC外接的网络通信模块，才能实现网络交互控制。
有鉴于此，本发明提出了一种分布式IO主从快速通讯的方法和系统，精简化协议内容，在写协议层实现高效交互，使得用户可以不需要了解主从之间的通讯协议，提高了通讯效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式IO主从快速通讯的方法，其特征在于，包括：获取用户发出的对从机进行处理的指令；所述对从机进行处理包括信息查询和/或设置工作；基于所述指令和交互协议，生成交互指令，并将所述交互指令发送到队列池；主机从所述队列池读取所述交互指令，并基于所述交互指令完成对所述从机的处理。
进一步的，所述队列池中的交互指令有多个，还包括将处理完成的交互指令从所述队列池内删除，并添加新的交互指令。
进一步的，所述交互协议包括功能码、从机地址、端口类型和数量、端口的状态以及和校验位。
进一步的，所述功能码占所述交互协议的3位；所述从机地址占所述交互协议的5位；所述端口的状态占所述交互协议的16位；所述和校验位占所述交互协议的8位，所述和校验位还包括数据长度信息，所述数据长度信息的字节为1位。
进一步的，所述主机使用多串口乒乓通讯与所述从机通信。
本发明的目的在于提供一种分布式IO主从快速通讯的系统，包括用户端、主机和从机；所述用户端用于获取用户发出的对从机进行处理的指令；所述对从机进行处理包括信息查询和/或设置工作；所述主机用于基于所述指令和交互协议，生成交互指令，并将所述交互指令发送到队列池；还包括从所述队列池读取所述交互指令，并基于所述交互指令完成对所述从机的处理；所述从机用于接收所述主机的处理，提供被查询的信息和/或接受设置。
进一步的，所述队列池中的交互指令有多个，还包括将处理完成的交互指令从所述队列池内删除，并添加新的交互指令。
进一步的，所述交互协议包括功能码、从机地址、端口类型和数量、端口的状态以及和校验位。
进一步的，所述功能码占所述交互协议的3位；所述从机地址占所述交互协议的5位；所述端口的状态占所述交互协议的16位；所述和校验位占所述交互协议的8位，所述和校验位还包括数据长度信息，所述数据长度信息的字节为1位。
进一步的，所述主机使用多串口乒乓通讯与所述从机通信。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
IO拓展极为高效且低成本，方便用户灵活应用：由于主从之间即为高速且高效的交互，主从之间的延迟极低，能够以30ms低延迟，实时控制由32台从机组成的系统，比如现在设计的16路输出继电器型从机，它的作用就相当于一台具有16个DO输出的PLC，用户可以自由将这样的从机拼接入主机，让整个系统的外设控制数量能够达到5-6百个之多，拼接过程非常简单，且有多种带有不同输入输出接口的从机可供选择，比如当AI数量不足时，就向主机拼接入带有AI的从机，DI数量不足时就向主机拼接带有DI的从机。
使用者管理现场设备更为便捷：主从通讯的方式，让使用者只关注与主机的交互结果，代替了原来使用者以不同的modbus地址去控制不同的设备的交互方式，更为简单，也不再需要去记录不同地址的不同IO标号对应的控制对象，使用更为人性化，简便化。
附图说明
图1为本发明提供的一种分布式IO主从快速通讯的方法的示例性流程图；
图2为本发明提供的一种分布式IO主从快速通讯的系统的示例性模块图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
图1为本发明提供的一种分布式IO主从快速通讯的方法的示例性流程图。如图1所示，本发明提出的分布式IO主从快速通讯的方法的流程100可以包括以下内容。
步骤110，获取用户发出的对从机进行处理的指令；所述对从机进行处理包括信息查询和/或设置工作。
信息查询可以是指查询从机的端口的状态。例如，向从机A发送查询所有的DO端口状态和/或查询从机B的AI端口状态等。设置工作可以是指对从机的端口进行设置。例如，将从机C的DO端口的状态设置为10010000 11100000。用户可以通过用户端向主机发出对从机进行处理的指令。例如，使用移动设备等通过网络向主机发送指令。
步骤120，基于所述指令和交互协议，生成交互指令，并将所述交互指令发送到队列池。
队列池可以用于暂时存储待处理的指令。例如，通信总线的串口1此时向从机A发送查询所有的DO状态，此时需要等待从机A对查询指令做出回应，而另外一个串口同时也在工作，查询从机B的AI状态并等待回应，他们之间互不干涉且使用了一个专门的队列池，来排列当前主机需要做的工作。
所述队列池中的交互指令有多个，还包括将处理完成的交互指令从所述队列池内删除，并添加新的交互指令。例如，这个队列池中排列了主机接下来需要交互的20条指令，分别是查询从机A/B/C/D/E的所有DO/DI/AO/AI的状态，多个串口分别从队列池中取出指令去总线上交互，不会做重复的工作，实现了交互上的高效性，交互完成的指令会从队列池中删除并添加新的交互指令。
所述交互协议包括功能码、从机地址、端口类型和数量、端口的状态以及和校验位。其中，所述功能码占所述交互协议的3位；所述从机地址占所述交互协议的5位；所述端口的状态占所述交互协议的16位；所述和校验位占所述交互协议的8位，所述和校验位还包括数据长度信息，所述数据长度信息的字节为1位。例如，交互协议使用了相对modbus而言更简化的协议，首位采用第5位代表地址，高三位代表功能码的形式，其次将代表数据长度的字节设置为1个，将modbus的crc校验更换为单字节的和校验，这样相对于modbus指令，精简指令协议可以在交互中省3个字节以上，由于主从之间的交互通讯极快，追求的就是零延迟，最高效，这些效果都是通过这些一小部分一小部分的优化积累起来，达到提高通讯效率的结果。
步骤130，主机从所述队列池读取所述交互指令，并基于所述交互指令完成对所述从机的处理。
其中，所述主机使用多串口乒乓通讯与所述从机通信，实现多并发交互。多串口乒乓通讯是指通过串口进行双向通信的方式。多个串口乒乓通讯中，主机分别向多个从机发送多条数据，从机接收并回复数据，然后再进行下一轮的交互。其中，主机在与从机的连接总线中，使用了多路高波特率串口。
图2为本发明提供的一种分布式IO主从快速通讯的系统的示例性模块图。如图2所示，本发明提出的分布式IO主从快速通讯的系统200可以包括用户端、主机和从机；
用户端用于获取用户发出的对从机进行处理的指令；所述对从机进行处理包括信息查询和/或设置工作。关于用户端的更多内容，参见图1及其相关描述。
主机用于基于所述指令和交互协议，生成交互指令，并将所述交互指令发送到队列池；还包括从所述队列池读取所述交互指令，并基于所述交互指令完成对所述从机的处理。其中，所述队列池中的交互指令有多个，还包括将处理完成的交互指令从所述队列池内删除，并添加新的交互指令。所述交互协议包括功能码、从机地址、端口类型和数量、端口的状态以及和校验位。所述功能码占所述交互协议的3位；所述从机地址占所述交互协议的5位；所述端口的状态占所述交互协议的16位；所述和校验位占所述交互协议的8位，所述和校验位还包括数据长度信息，所述数据长度信息的字节为1位。关于主机的更多内容，参见图1及其相关描述。
从机用于接收所述主机的处理，提供被查询的信息和/或接受设置。其中，所述主机使用多串口乒乓通讯与所述从机通信。如图2所示，从机有多个，包括从机A、从机B、从机C、从机D、从机E和从机F。关于从机的更多内容，参见图1及其相关描述。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种分布式IO主从快速通讯的方法，其特征在于，包括：
获取用户发出的对从机进行处理的指令；所述对从机进行处理包括信息查询和/或设置工作；
基于所述指令和交互协议，生成交互指令，并将所述交互指令发送到队列池；交互协议包括功能码、从机地址、端口类型和数量、端口的状态以及和校验位；所述功能码占所述交互协议的3位；所述从机地址占所述交互协议的5位；所述端口的状态占所述交互协议的16位；所述和校验位占所述交互协议的8位，所述和校验位还包括数据长度信息，所述数据长度信息的字节为1位；
主机从所述队列池读取所述交互指令，并基于所述交互指令完成对所述从机的处理。
2.根据权利要求1所述的分布式IO主从快速通讯的方法，其特征在于，所述队列池中的交互指令有多个，还包括将处理完成的交互指令从所述队列池内删除，并添加新的交互指令。
3.根据权利要求1所述的分布式IO主从快速通讯的方法，其特征在于，所述主机使用多串口乒乓通讯与所述从机通信。
4.一种分布式IO主从快速通讯的系统，其特征在于，包括用户端、主机和从机；
所述用户端用于获取用户发出的对从机进行处理的指令；所述对从机进行处理包括信息查询和/或设置工作；
所述主机用于基于所述指令和交互协议，生成交互指令，并将所述交互指令发送到队列池；还包括从所述队列池读取所述交互指令，并基于所述交互指令完成对所述从机的处理；所述交互协议包括功能码、从机地址、端口类型和数量、端口的状态以及和校验位；所述功能码占所述交互协议的3位；所述从机地址占所述交互协议的5位；所述端口的状态占所述交互协议的16位；所述和校验位占所述交互协议的8位，所述和校验位还包括数据长度信息，所述数据长度信息的字节为1位；
所述从机用于接收所述主机的处理，提供被查询的信息和/或接受设置。
5.根据权利要求4所述的分布式IO主从快速通讯的系统，其特征在于，所述队列池中的交互指令有多个，还包括将处理完成的交互指令从所述队列池内删除，并添加新的交互指令。
6.根据权利要求4所述的分布式IO主从快速通讯的系统，其特征在于，所述主机使用多串口乒乓通讯与所述从机通信。
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